《汽车电控技术作业参考答案.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车电控技术作业参考答案.doc（8页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、1.1 涡轮增压器的应用随着人们的环保意识的逐渐加强，世界各国政府对汽车尾气排放的要求越来越严格(最近北京要上台欧五的标准,广州要上台欧四的标准)。而且人们对汽车的燃油经济性的要求越来越高。所以汽车制造商要通过什么各种各样的方法来解决以上问题，其中给汽车加装增压器就是其中一种主要的解决方法。众所周知，发动机是靠燃料在气缸内燃烧作功来产生功率的，输入的燃料量受到吸入气缸内空气量的限制，所产生的功率也会受到限制。提高压缩比是提高发动机功率的措施之一。而提高压缩比有两种途径，一种是采用高顶活塞及改变曲轴行程或者改变燃烧室形状，这是牵一动百的举措，花费较大；另一是增加进气量的方法：如果发动机的运行性能
2、已处于最佳状态，再增加输出功率只能通过压缩更多的空气进入气缸来增加燃料量，提高燃烧作功能力。这就是增压器的方法。这是一种不改变发动机基本结构，花费较少的做法。在目前的技术条件下，增压器是唯一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。涡轮增压(turbo)与机械增压(superchanger)是增压的两种不同方式,主要的不同在于增压器的驱动方式。由于涡轮增压的优点更多，因而现在轿车发动机的增压方式以涡轮增压为主。所以我们讲课内容重点在涡轮增压。 图1 涡轮增压器1.2 涡轮增压器的主要优点（1）使发动机具有更好的燃油经济性。提高进气压力，就可提高压缩行程终了工质的温度、压力，加快火
3、焰传播速度且燃气膨胀充分，热转变为功的越多，热效率提高，发动机功率、扭矩大，有效耗油率降低。一般而言，加装增压器后的发动机的功率及扭矩要增大20%30%。而且由于废气涡轮增压回收了部分能量，再加上相对减小了机械损失和散热损失，提高了发动机的机械效率和热效率，故增压后发动机经济性也有明显提高，发动机涡轮增压后燃油消耗率可降低5%-10%。 （2）使得发动机燃烧更彻底，排放更干净。因为给燃烧室提供更多的空气，在冷启动时使三元催化器更快更好的发挥作用。对于汽油机，尾气中有害气体的排放与相同功率的自然吸气发动机相比要少10-20%。（3）改造方法相对简单易行。无需对发动机结构做重大改动，只需要稍微增加
4、其重量及体积，就能提升发动机机的动力性和经济性。（4）使得发动机在外界空气稀薄的工況下保持较高输出功率。因此装有涡轮增压器的汽车行驶在高原地区与其行驶在平原地区行驶相比较，动力性能下降不会太大。1.3 涡轮增压器的过去与未来1915年在瑞士的Winterthur增压器厂制造出了原型航空器发动机增压器，利用发动机废气驱动，主要目的是用来克服高海拔稀薄空气对动力的负面影响。1938年第一款带增压的卡车发动机面市。到了1961年，小轿车才开始试探性地安装增压器，增压器在赛车中也起着重要的作用，包括WRC、勒芒24小时。在20世纪最后20年中，带增压器的车型一款款的出现了。今天的涡轮增压器已经变得部件
5、更少、体积更小、转速更高（高达280000rpm），空气压缩比已经达到2-2.51（汽油机）和4-61（柴油机）。现在欧洲，大约50%的汽车已经装备涡轮增压器。在亚洲、美国，越来越多的汽车装备涡轮增压器。装备涡轮增压器已经成为改良发动机动力性和经济性的主流方法。随着新的耐高温材料、新的平衡技术和微量润滑油轴承系统及全新电子控制的使用，涡轮增压器对于21世纪的汽车技术的发展起着越来越重要的作用。2.1 涡轮增压器的构造涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。涡轮增压器主要由涡轮和叶轮组成。涡轮和叶轮分别装在涡轮室和增压室内，二者同轴刚性联接。涡轮室外面装有泄压阀，泄压阀门装在
6、涡轮室内。 图2 涡轮增压器的构造2.2 涡轮增压器的工作原理涡轮室进气口与发动机排气歧管相连，排气口接在排气管上； 增压室进气口与空气滤清器管道相连，排气口接在发动机进气歧管上。发动机排出的废气因为惯性冲力推动涡轮室内的涡轮旋转，涡轮又带动同轴的叶轮旋转，叶轮压送空气滤清器管道送来的新鲜空气，使之增压进入气缸。当发动机转速加快，废气排出速度增快，涡轮转速也逐步增快，同轴的叶轮就能压缩更多的新鲜空气进入气缸。同体积的新鲜空气如果密度越大，那么质量也就越大，就允许燃烧更多的燃料，相应的可以增大发动机的输出功率了。 图3 涡轮增压器的工作原理 2.3 涡轮增压器的工作情况要注意的是：只要发动机运转
7、，那么涡轮增压器就开始工作。发动机怠速时，涡轮转速约为12000转/分，当发动机全负荷时，涡轮转速可超过135000转/分，普通的轴承是无法承受如此高速而产生的高温和磨损的。所以在涡轮轴承与增压器壳内壁间有油液做冷却和润滑，称“全浮式轴承”。涡轮增压系统里边机油的润滑和冷却作用至关重要。除此而外，涡轮增压器还要引入冷却液进一步冷却。涡轮室的进气温度可达700800度左右，增压室出来的加压空气温度最高可达到200度以上。这是因为（1）发动机排出的废气的温度非常高，通过增压器的热传导会提高进气的温度。（2）空气在被压缩的过程随着密度会升高，温度也随着的升高。（3） 进气在流动时与管壁，叶轮表面摩擦
8、，还会进一步增高进气的温度。由于是气体推动涡轮旋转的，加上涡轮本身的惯性原因，增压气体的压力变化跟随油门开度的变化有一定时间上的滞后，通常要几秒钟时间。这就使发动机的增加或减少功率反应时间会稍微延迟。这对于要突然加速或超车的汽车而言，瞬间会有点提不上劲的感觉。在介绍涡轮增压器的控制系统之前,我们先来了解三个装置：（1） 中冷器（2） 泄压阀和内循环阀3.1 中冷器中冷器目的是将从增压室出来的进入发动机内的新鲜空气进行冷却，中冷器一般安装位置在增压室出口与发动机进气歧管之间的管道上。那么为什么要降低进气温度呢？因为：（1） 过高温度的进气会降低发动机的充气效率。气体的密度和温度成反比。如果想要进
9、一步提高充气效率，就要降低进气温度。有数据表明，在相同的空燃比条件下，增压空气的温度每下降 ，发动机功率就能提高。（2） 进入汽油发动机气缸的是汽油与空气的混合气，如果温度过高混合气容易产生爆燃现象。爆燃会使发动机的零部件加速磨损，使发动机过热，振动及噪声增大，使用寿命下降，油耗率增加。而且还会增加发动机废气中的的含量，造成空气污染。 图4 中冷器中冷器分水冷和风冷两种，轿车通常用风冷式的中冷器，安装在发动机散热器前面、旁边或者单独一个位置，利用汽车迎面气流或者自身风扇冷却。3.2 泄压阀和内循环阀泄压阀和内循环阀的作用都是降低增压室出来的新鲜空气的压力。那么为什么要降低进气压力呢？因为：（1
10、）过高压力的进气很容易使混合气产生爆燃，导致发动机爆震。众所周知，发动机爆震是应该避免的的工作状况。（2）过高的压力会使气体产生过高的温度。增压等于对空气做功，气压增加1bar的时候温度会升高80度左右，而过高温度的进气会产生如前所述的不良后果。3.2.1泄压阀泄压阀门装在涡轮室内，泄压阀的打开与关闭是由增压压力电磁阀N75控制的。当不需要增压时（例如怠速，有爆燃），一部分废气会通过泄压阀泄出，这样就直接减少了进入涡轮室的气流量和气流速度，相应的降低了涡轮的转速，间接减少增压室的出气量，也就是间接减少了进入发动机进气歧管的气流压力。所以有时我们可以听到涡轮增压的汽车发动机运转有“吱吱”的泄气声
11、。当发动机转速达到每分钟约1800转时，电磁阀N75就会关闭泄压阀门，让全部废气流向涡轮室，使涡轮转速上升，相应提高增压室的出气量。 图5 泄压阀3.2.2内循环阀内循环阀装在空气滤清器和增压室之间的进气管上。当发动机电子限速时，内循环阀打开，部分加压后的新鲜空气在增压室与内循环阀之间的管道内循环流动，直接减少了进入发动机进气歧管的气流量。当需要增压时，内循环阀关闭，全部的增压空气只能流向发动机进气歧管。 图6 内循环阀3.3控制系统工作过程 涡轮室进气口与发动机排气歧管相连，排气口接在排气管上； 增压室进气口与空气滤清器管道相连，排气口接在发动机进气歧管上。（1）当需要增压时，泄压阀和内循环
12、阀的同时关闭。新鲜空气只有一个流向：从空气滤清器进入, 经过涡轮增压器增压室，中冷器，节气门，最后到发动机进气歧管。 图7 泄压阀和内循环阀的同时关闭（2）当需要减少压力时（例如发动机怠速，有爆燃），内循环阀关闭，泄压阀门打开。一部分废气会通过泄压阀泄出，这样就直接减少了进入涡轮室的气流量和气流速度，相应的降低了涡轮的转速，间接减少增压室的出气量，也就是间接减少了进入发动机进气歧管的气流压力。新鲜空气也是只有一个流向：从空气滤清器进入, 经过涡轮增压器增压室，中冷器，节气门，最后到发动机进气歧管。 图8 内循环阀关闭，泄压阀门打开（3）当发动机电子限速时，泄压阀关闭，内循环阀打开。这时候新鲜空气有两个流向：一部分空气丛空气滤清器进来, 然后就在涡轮增压器增压室和内循环阀之间管道内循环流动；另一部分空气继续走老路：从空气滤清器进入, 经过涡轮增压器增压室，中冷器，节气门，最后到发动机进气歧管。 图9 泄压阀关闭，内循环阀打开需要指出的是：泄压阀和内循环阀的打开与关闭，归根到底是由汽车电脑统一控制的。所以说，现代的汽车就是一个复杂的自动控制系统。小结：1.涡轮增压器的优点2涡轮增压器的工作原理及其构造3涡轮增压器的控制系统第 8 页 共 8 页